Začátkem roku 1934 Luftwaffen-führungsstab vyhlásil soutěž na projekt moderního jednomístného celokovového stíhacího jednoplošníku. Do soutěže se přihlásil také konstrukční tým firmy Arado který vedl ing. Blume.
Tento tým, který neměl zkušenosti se stavbou kovových letadel se zatahovacím podvozkem, předpokládal, že snížení výkonů způsobené použitím pevného podvozku vykompenzuje jeho nižší hmotnost. Použitím křídla ve tvaru písmena W bude navíc možno zkrátit délku podvozkové nohy. Aerodynamický odpor podvozku měly na minimum snížit speciální kryty umístěné na podvozkových nohách i kolech hlavního podvozku i ostruhového kolečka. Ve skutečnosti však nesprávný hmotnostní výpočet letounu způsobil že prakticky k žádné úspoře hmotnosti nedošlo.
Konstrukci křídla tvořily kovový nosník a žebra, která byla shora potažena duralovým plechem a zespodu plátnem. Trup byl celokovový. První prototyp Ar 80 V1 byl vybaven motorem Rolls-Royce Kestrel V1 který byl vymontován z prototypu Ar 67a. Letoun Ar 80 V1 absolvoval zkušební lety na jaře 1935. Bohužel v průběhu jednoho z prvních startů ztratil pilot kontrolu nad strojem, který se z nevelké výšky zřítil na zem.
Druhý prototyp Ar 80 V2 (D-ILOH) byl už v té době dokončen a čekal jen na dodávku motoru Junkers Jumo 210, který se měl stát standardní pohonnou jednotkou pro sériové letouny. Z důvodu ztráty prvního prototypu bylo nutno co nejrychleji provést drobné konstrukční úpravy umožňující dočasnou instalaci motoru Rolls-Royce Kestrel který měl vzletový výkon 511 kW (695 k) a maximální výkon 470 kW (640 k) ve výšce 4 250 m a poháněl dřevěnou dvoulistou stavitelnou vrtuli. Zkušební lety s touto pohonnou jednotkou konstruktéry zklamaly.
Hmotnost prázdného letounu neúměrně vzrostla a překročila o 16% plánovanou hmotnost. Při celkové hmotnosti 2 100 kg se znatelně projevoval nedostatečný výkon motoru. Navíc hodnoty odporu vzduchu byly podstatně vyšší než se předpokládalo. To vedlo k dosažení maximální rychlosti ve výšce 4000 m kolem 410 km/h.
Teprve v roce 1936 byl do Ar 80 V2 vestavěn motor Junkers Jumo 210 C, což zlepšilo pouze výkony ve velkých výškách. Stoupavost a letové vlastnosti v menších výškách se nezměnily. Ani použití pevné vrtule nepřineslo výrazné zlepšení. Zkoušky prováděné v Erprobungsstelle Travemünde a následně v Rechlinu poukázaly na slabé výkony tohoto letounu a firma Arado dostala negativní posudek týkající se dalšího vývoje Ar 80. V té době byla stavba třetího prototypu Ar 80 V3 (D-IPBN) zastavena. Za účelem snížení hmotnosti bylo místo křídel ve tvaru písmene W použito klasické křídlo s malým kladným vzepětím s přímou náběžnou a odtokovou h ranou. Tento stroj byl poháněn motorem Jumo 210 C a měl pevnou dvoulistou vrtuli.
Po zakončení vývojových prací na Ar 80 byla v roce 1938 do prototypu V3 dodatečně vestavěna kabina pozorovatele a v této úpravě fungoval jako spojovací letoun.